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5/9/2018 Conceptos Basicos Instrumentacion - slidepdf.com

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Unidad 1CONCEPTOS BASICOS

*Evolución de la Instrumentación.

*Simbología ISA*Variables Físicas

I. Evolución de la Instrumentación

¿Para que sirve un Instrumento de control?

En todos estos procesos es absolutamentenecesario controlar y mantener constantesalgunas magnitudes, tales como la presión,el caudal, el nivel, la temperatura, la

velocidad, la humedad, etcétera.

I. Evolución de la Instrumentación

¿Para que sirve un Instrumento decontrol?

Los instrumentos de medición ycontrol permiten el mantenimiento y laregulación de estas constantes encondiciones más idóneas que las queel propio operador podría realizar.

Inicio de la era industrial

En los inicios de la era industrial:

1. El operario llevaba a cabo un control manualde estas variables

2. Utilizaban sólo instrumentos simples:manómetros, termómetros, válvulasmanuales, etc.,

3. Control que era suficiente por la relativasimplicidad de los procesos.

El desarrollo se inició:

con los manómetros, termómetros y válvulas

manuales localmente montados. En esta fase eran necesarios muchos

operadores para observar los instrumentos ymaniobrar las válvulas.

Los procesos y los instrumentos eranproyectados empíricamente basándose en laintuición y en la experiencia acumulada y no

estaban centralizados para conseguir unamayor eficiencia en las funciones deloperador.

¿Por que ya no se sigue controlando físicamente?

Sin embargo, la gradual complejidad con queéstos se han ido desarrollando ha exigido suautomatización progresiva por medio de los

instrumentos de medición y control. Estosinstrumentos han ido liberando al operario de sufunción de actuación física directa en la planta yal mismo tiempo, le han permitido una labor

única de supervisión y de vigilancia del procesodesde centros de control situados en el propioproceso.

Los instrumentos de control fueron naciendo a

medida que las exigencias del proceso loimpusieron.

Las necesidades de la industria fueron (y sonactualmente) el motor que puso en marcha la

inventiva de los fabricantes o de los propiosusuarios para idear y llevar a cabo la fabricaciónde los instrumentos convenientes para losprocesos industriales.

En esta etapa:

fue la centralización de las funciones de medida y decontrol más importantes, pertenecientes a una operacióndel proceso, en un panel localmente montado.

De este modo podía observarse y controlarse elfuncionamiento de cada elemento particular de lainstalación de una manera más coordinada y eficaz.

Sin embargo, los procesos se hicieronmás complejos y críticos y llegó a hacerse

necesario que los operadores observaranel funcionamiento de varias unidades de lainstalación simultáneamente.

A medida que pasó el tiempo, estas salasde control se hicieron indebidamente

grandes, debido al crecimiento de los

procesos y al tamaño de los instrumentosconvencionales

A principios de los años 50 aparecen losprimeros instrumentos electrónicos aválvulas. Más tarde se perfecciona la

unidad automático-manual neumática,

y aparecen paralelamente losinstrumentos electrónicos miniatura

alrededor de los años 1960.

Algunos problemitas

Los complejos de múltiples procesosempezaron a utilizar salas de control separadasy la coordinación y la comunicación entre los

operadores en estas salas de controlcomenzaron a plantear algunos problemas.

Hasta que salieron...

Desarrollaron los instrumentos miniatura de los dostipos:

1. neumáticos

2. electrónicos,

Los procesos se fueron haciendo poco a poco muchomás complejos y su optimización llegó a ser unanecesidad.

En esta etapa aparece los computadores.

El primer computador electrónico apareció hacia el año1946, se aplicaron principalmente en centrales térmicas,químicas y petroquímicas.

Por ahí de los 70’s...

Aparece lo que conocemos controldistribuido

1. Coordina los diversos controladores

2. Establece un orden entre los mismos ylograr una versatilidad que permita elcambio fácil del tipo de control

3. Se obtiene la mayor economía posibleen el control de la planta.

El control distribuido

La ventaja fundamental del control distribuido:

Es de mayor seguridad y economía de funcionamiento,al ser los lazos de control de cada microprocesador demenor longitud

Trabaja en el centro óptimo de las variables de procesocaptadas

El operador tiene acceso a todos los datos de loscontroladores (puntos de consigna, variables deproceso, señales de salida a válvulas, etc.)

Puede visualizarlos a través de pantallas de televisión,ya que se haya en contacto con los mismos a través dela vía de comunicaciones.

Alrededor de los 80’s

En 1983 aparece el transmisor digital inteligentecon señal de salida analógica y se inicia eldesarrollo de las comunicaciones (field bus)entre los instrumentos del lazo de control

En 1986 aparece el primer transmisorenteramente digital con lo que aumentantodavía más las prestaciones, con la únicalimitación importante en la normalización de lascomunicaciones donde todavía no es posible elintercambio de instrumentos de diferentesmarcas.

Los procesos industriales a controlar pueden dividirseampliamente en dos categorías:

procesos continuos y procesos discontinuos.

En ambos tipos, deben mantenerse en general las

variables (presión, caudal, nivel, temperatura, etc.).

bien en un valor deseado fijo,

bien en un valor variable con el tiempo de acuerdo conuna relación predeterminada,

o bien guardando una relación determinada con otravariable.

Sistemas de Control

El sistema de control :

Permite éste mantenimiento de lasvariables

Puede definirse como aquel que comparael valor de la variable o condición acontrolar con un valor deseado y toma una

acción de corrección de acuerdo con ladesviación existente sin que el operariointervenga en absoluto.

Lazo Abierto y L. Cerrado

El sistema de control exige una comparación ydebe haber una corrección; se incluya unaunidad de medida, una unidad de control, un

elemento final de control y el propio proceso. Este conjunto de unidades forma un bucle o

lazo que recibe el nombre de bucle de control.

Existe dos tipo de bucle:

abierto

cerrado.

II. Simbología ISA

Para designar y representar losinstrumentos de medición y control seemplean normas muy variadas que a

veces varían de industria en industria.

Una sociedad importante que ha dirigidosus esfuerzos en este sentido es la ISA

(Instrument Society of America)

Resumen Norma ISA-S5.1

Generalidades

A) Cada instrumento debe identificarse con sistema deletras que lo clasifique funcionalmente.

B) El número de letras funcionales para un instrumentodebe ser mínimo, no excediendo de cuatro. FV-2A

Un instrumento que realiza dos o más funciones puedendesignarse por todas sus funciones. Por ejemplo, unregistrador de flujo con registro de presión: FR-2/PR-4f.

Los accesorios para el instrumentos tales como

rotámetros de purga, filtros, etc., que no esténrepresentados explícitamente el diagrama de flujo, peroque necesitan una identificación para otros usos debentenerla de acuerdo a su función y debe emplear el

mismo numero del lazo que el instrumento asociado.

Simbología

Figuran a continuación los símbolos a emplearen los planos y dibujos de representación deinstrumentos en los procesos industriales.

Conexión a proceso o enlace mecánico, o

alimentación de instrumentos1. línea de proceso2. Señal neumática3. Señal eléctrica

4. Tubo capilar5. Señal hidráulica

Simbología

Instrumentoubicado enel campo

Instrumento de dobleacción ubicado en elcampo

Instrumento

ubicado en eltablero principaldel cuarto decontrol

Instrumento de dobleacción ubicado en eltablero principal delcuarto de control

Instrumento

ubicado atrásdel tableroprincipal delcuarto de control

Instrumento de dobleacción ubicado atrás deltablero principal delcuarto de control

Simbología

Instrumentoubicado enel tablerosecundariodel cuarto decontrol

Instrumentoubicado

atrás deltablerosecundariodel cuarto decontrol

Instrumento de dobleacción ubicado en eltablero secundario delcuarto de control

Instrumento de doble

acción ubicado atrásdel tablero secundariodel cuarto de control

Líneas de conexión de losinstrumentos

Elementos primarios para controlde temperatura

Elementos primarios para mediciónde presión

Elementos primarios de control denivel.

El t i i t l

Elementos primarios para control

de flujo

Elementos finales de control

Símbolos diversos

Dibujo típico de la localización deinstrumentos

Tipos de Alimentación

Se sugieren las siguientes abreviaturas parerepresentar el tipo de alimentación (o bien depurga de fluidos)

AB Alimentación de aire

ES Alimentación eléctrica GS Alimentación de gas HS Alimentación hidráulica NS Alimentación de nitrógeno SS Alimentación de vapor WS Alimentación de agua

Símbolos de instrumentos para unproceso simple

Símbolos de visualización delcontrol distribuido/compartido

1.-Accesible normalmente aloperador-indicador/controlador/registradoro punto de alarma.

(1) Visualización compartida. (2) Visualización y control

compartidos. (3) Acceso limitado a la red de

comunicaciones. (4) Interfase del operador en la

red de comunicaciones.

2.-Dispositivo de interfase auxiliardel operador.

(1) Montado en panel;carátula analógica; no estámontado normalmente en laconsola principal del operador.

(2) Controlador de reserva o

estación manual. (3) El acceso puede estar

limitado a la red decomunicaciones.

(4) Interfase del operador víala red de comunicaciones.

3. No accesible normalmente aloperador.

(1) Controlador ciego compartido.

(2) Visualización compartida instaladaen campo.

(3) Cálculo, acondicionamiento deseñal en controlador compartido.

(4) Puede estar en la red decomunicaciones.

(5) Normalmente operación ciega

(6) Puede ser alterado por laconfiguración.

Símbolos del ordenador

Normalmenteaccesible al operador-indicador/controlador/

registrador o punto dealarma. Utilizadousualmente paraindicar la pantalla de

vídeo.

Normalmente no accesible aloperador.

Interfaseentrada/salida.

Cálculo

/acondicionamientode señal dentro de unordenador

Puede usarse como

un controlador ciegoo como módulo decálculo de software

Sí b l d l ló i

Símbolos de control lógico ysecuencial

Símbolo general.Para complejos nodefinidos

interconectandocontrol lógico osecuencial.

Control distribuido interconectando controladores

Control distribuido interconectando controladoreslógicos con funciones lógicas binarias o

secuenciales.

1) Paquete decontrolador lógicoprogramable o

controladores lógicosdigitales integradoscon el equipo decontrol distribuido.

(2) No accesiblenormalmente aloperador.

Control distribuido interconectando un controlador

Control distribuido interconectando un controladorlógico con funciones lógicas binarias o

secuenciales.

(1) Paquete decontrolador 1ógicoprogramable o

controladores lógicosdigitales integradoscon el equipo decontrol distribuido.

(2) Accesiblenormalmente aloperador.

III. Variables Físicas

Existen varias variables que son deinterés industrial y que pueden clasificarsecomo físicas y químicas.

Variables Físicas

Las variables físicas son aquellas relacionadascon las causas físicas que actúan sobre uncuerpo, con su movimiento o bien con las

propiedades físicas de las sustancias. Entreellas están: la presión, la temperatura, el nivel,el flujo, el peso, la velocidad, la densidad y elpeso especifico, la humedad y el punto de rocío,

la viscosidad y la consistencia, la llama, eloxigeno disuelto, la turbidez y la radiación solar.

Variables Químicas

Las variables químicas están relacionadascon las propiedades químicas de loscuerpos o con su composición. Entre ellas

se encuentran la conductividad, el pH,redox, y la composición de los gases en

una mezcla.

El peso

El peso de un cuerpo es la fuerza con quees atraído por la Tierra. La relación entrela masa del cuerpo, es decir, la cantidad

de materia que contiene, y su peso vienedado por la expresión

Velocidad

La medición de la velocidad en la industriase efectúa de dos formas: con tacómetrosmecánicos y con tacómetros eléctricos.

Tacómetros Mecánicos

Detectan el número de vueltas del eje dela máquina por medios exclusivamentemecánicos pudiendo incorporar o no la

medición conjunta del tiempo paradeterminar el número de revoluciones por

minuto (r.p.m.), mientras que los

segundos captan la velocidad porsistemas eléctricos.

Tacómetros Eléctricos

Para usos industriales se suelen utilizarlos tacómetros eléctricos porque permitenla transformación directa de la señal para

alimentar los instrumentos registradores ocontroladores de panel. Un caso de

aplicación típica lo constituye la medida de

la velocidad de giro del eje de una turbinaen una central de energía.

Densidad y peso específico

La densidad o masa específica de uncuerpo se define como su masa porunidad de volumen, expresándose

normalmente en g/cm3.

Ojo... la densidad varía con la temperatura

y con la presión

El Peso específico

El peso específico es el peso del fluido porunidad de volumen. Por lo tanto, entre elpeso específico y la densidad existirá la

relación:

Peso específico = densidad * g

Complementarse con el archivo

en .pdf de estándar ISA.

BIBLIOGRAFIA:

Instrumentación Industrial, A. Creus, Edit.Marcombo.

Process control instrumentationtechnology, Curtis D. Johnson, Edit.

Prentice Hall.

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